Mitä on taajuus?

Vaihtovirran (ac) taajuus on vaihtovirran siniaallon syklien määrä sekunnissa. Taajuus on nopeus, jolla virta vaihtaa suuntaa sekunnissa. Se mitataan hertseinä (Hz), joka on kansainvälinen mittayksikkö, jossa 1 hertsi vastaa yhtä sykliä sekunnissa.

• Hertz (Hz) = Yksi hertsi vastaa yhtä sykliä sekunnissa.
• Sykli = Yksi kokonainen vaihtovirran tai -jännitteen aalto.
• Taajuus = Yksi syklin puolikas.
• Periodi = Ajanjakso, joka tarvitaan aaltomuodon yhden täydellisen syklin tuottamiseen.

Taajuus on yksinkertaisimmillaan se, kuinka usein jokin toistuu. Sähkövirran tapauksessa taajuus on se, kuinka monta kertaa siniaalto toistaa eli suorittaa positiivisesta negatiiviseen vaihtuvan syklin.

Mitä enemmän syklejä tapahtuu sekunnissa, sitä korkeampi on taajuus.

Esim: Jos sanotaan, että vaihtovirran taajuus on 3 Hz (ks. kaavio alla), se tarkoittaa, että sen aaltomuoto toistuu kolme kertaa yhden sekunnin aikana.

Taajuutta käytetään tyypillisesti kuvaamaan sähkölaitteiden toimintaa. Alla on lueteltu joitakin yleisiä taajuusalueita:

• Voimajohdon taajuus (tavallisesti 50 Hz tai 60 Hz).
• Vaihtelevan taajuuden taajuusmuuttajat, jotka käyttävät tavallisesti 1-20 kilohertsin (khz) kantoaaltotaajuutta.
• Audiotaajuusalue: 15 Hz – 20 kHz (ihmisen kuuloalue).
• Radiotaajuus: 30-300 kHz.
• Matalataajuus: 300 kHz – 3 megahertsiä (MHz).
• Keskitaajuus: 3-30 MHz.
• Korkeataajuus: 30-300 MHz.

Piirit ja laitteet suunnitellaan usein toimimaan kiinteällä tai muuttuvalla taajuudella. Kiinteällä taajuudella toimimaan suunnitellut laitteet toimivat epänormaalisti, jos niitä käytetään eri taajuudella kuin määritetty. Esimerkiksi vaihtovirtamoottori, joka on suunniteltu toimimaan 60 Hz:n taajuudella, toimii hitaammin, jos taajuus laskee alle 60 Hz:n, ja nopeammin, jos se ylittää 60 Hz:n taajuuden. Vaihtovirtamoottoreissa kaikki taajuuden muutokset aiheuttavat moottorin nopeuden suhteellisen muutoksen. Toinen esimerkki on, että 5 %:n lasku taajuudessa aiheuttaa 5 %:n laskun moottorin nopeudessa.

Miten mitataan taajuutta

Digitaalinen yleismittari, joka sisältää taajuuslaskentatilan, voi mitata vaihtovirtasignaalien taajuuden, ja se voi myös tarjota seuraavat ominaisuudet:

• MIN/MAX-tallennuksen, joka mahdollistaa taajuusmittausten tallentamisen määritellyn ajanjakson aikana tai samalla tavalla, jolla jännitteen-, virran- tai resistanssinmittaukset tallennetaan.
• Auto-alue, joka valitsee taajuusalueen automaattisesti, paitsi jos mitattu jännite on taajuusmittausalueen ulkopuolella.

Verkot vaihtelevat maittain. Yhdysvalloissa sähköverkko perustuu erittäin vakaaseen 60 hertsin signaaliin, eli se syklii 60 kertaa sekunnissa.

Yhdysvalloissa kotitalouksien sähkövirta perustuu yksivaiheiseen 120 voltin vaihtovirtaan. USA:n kodin seinäpistorasiasta mitattu teho tuottaa siniaaltoja, jotka värähtelevät välillä ±170 volttia, ja todellinen neliöjännite on 120 volttia. Värähtelynopeus on 60 sykliä sekunnissa.

Hertz on nimetty saksalaisen fyysikon Heinrich Hertzin (1857-1894) mukaan, joka ensimmäisenä lähetti ja vastaanotti radioaaltoja. Radioaallot etenevät yhden syklin sekunnissa (1 Hz). (Vastaavasti kello tikittää 1 Hz:n nopeudella.)